DE10164189A1

DE10164189A1 - Halftone phase shift mask and mask blank

Info

Publication number: DE10164189A1
Application number: DE10164189A
Authority: DE
Inventors: Yuki Shiota; Osamu Nozawa
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2021-12-28
Also published as: DE10165034B4; US20020122991A1; JP2002258458A; US6743553B2; DE10164189B4

Abstract

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Halbton-Phasenverschiebungsmaskenrohling bereitgestellt, durch den ein gewünschter Transmissionsgrad und eine gewünschte Phasenverschiebung in der Nähe von 157 nm als Wellenlänge eines F¶2¶-Excimerlasers bereitgestellt wird. Der Phasenverschiebungsmaskenrohling weist eine Phasenverschiebungsschicht mit einer ausreichenden Beständigkeit bezüglich einer Bestrahlung durch ein Belichtungslicht, einer ausreichenden chemischen Beständigkeit, einer ausreichenden Be-/Verarbeitbarkeit, Formbarkeit und Formstabilität auf. Der Halbton-Phasenverschiebungsmaskenrohling mit der auf einem transparenten Substrat angeordneten Phasenverschiebungsschicht wird in einem Belichtungslichtwellenlängenbereich von 140 nm bis 200 nm verwendet, und die Phasenverschiebungsschicht wird aus einem Material hergestellt, das als Hauptelemente Silizium, Sauerstoff und Stickstoff aufweist, wobei der Siliziumanteil 35 bis 45 Atom-%, der Sauerstoffanteil 1 bis 60 Atom-% und der Stickstoffanteil 5 bis 60 Atom-% betragen, und wobei die Gesamtmenge der Elemente 90% oder mehr der Gesamtzusammensetzung des Phasenverschiebungsabschnitts beträgt.The present invention provides a halftone phase shift mask blank that provides a desired transmittance and phase shift in the vicinity of 157 nm as the wavelength of an F¶2¶ excimer laser. The phase shift mask blank has a phase shift layer with sufficient resistance to exposure to an exposure light, sufficient chemical resistance, sufficient machinability, formability, and dimensional stability. The halftone phase shift mask blank with the phase shift layer disposed on a transparent substrate is used in an exposure light wavelength range of 140 nm to 200 nm, and the phase shift layer is made of a material having silicon, oxygen and nitrogen as main elements, the silicon content being 35 to 45 atoms -%, the oxygen content is 1 to 60 atomic% and the nitrogen content is 5 to 60 atomic%, and the total amount of the elements is 90% or more of the total composition of the phase shift portion.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Phasenverschie bungsmaske oder Phase-Shift-Maske, durch die die Auflösung eines Übertragungsmusters durch Ausnutzen einer zwischen Lichtwellen auftretenden Interferenzwirkung in einem Phasen verschiebungsabschnitt verbessert werden kann. Die vorlie gende Erfindung betrifft insbesondere ein Material einer Phasenverschiebungsmaske und ein Verfahren zum Herstellen eines Phasenverschiebungsmaskenrohlings und einer Phasenver schiebungsmaske und insbesondere eine Halbton-Phasenver schiebungsmaske und einen Halbton-Phasenverschiebungsmasken rohling und ein Verfahren zum Herstellen der Halbton-Phasen verschiebungsmaske und des Halbton-Phasenverschiebungsmas kenrohlings.The present invention relates to a phase shift exercise mask or phase shift mask through which the resolution of a transmission pattern by taking advantage of one between Interference effect occurring in one phase displacement section can be improved. The present The present invention relates in particular to a material Phase shift mask and a manufacturing method a phase shift mask blank and a phase ver shift mask and especially a halftone phase ver shift mask and a halftone phase shift mask blank and a method for producing the halftone phases shift mask and halftone phase shift mask kenrohlings.

Für einen DRAM mit einer Speicherkapazität von 256 Mbit wurde vor kurzem ein Mengenfertigungssystem eingerichtet, und gegenwärtig wird versucht, durch eine höhere Integration eine Erweiterung von Megabit auf Gigabit zu erreichen. Die Designregel integrierter Schaltungen wird zunehmend kleiner. Es ist lediglich eine Frage der Zeit, wann ein Feinmuster mit einer Linienbreite (Half Pitch) von 0,10 µm oder weniger nachgefragt wird.For a DRAM with a memory capacity of 256 Mbit a mass production system was recently set up, and is currently trying through higher integration to achieve an expansion from megabit to gigabit. The The design rule of integrated circuits is becoming increasingly smaller. It is only a matter of time when a fine pattern with a line width (half pitch) of 0.10 µm or less is asked.

Gemäß einem Verfahren zum Handhaben eines solchen Fein musters ist die Auflösung des Musters durch Verkleinern der Wellenlänge einer Belichtungslichtquelle verbessert worden. Infolgedessen wird in existierenden Photolithografieverfah ren in Belichtungslichtquellen hauptsächlich ein KrF- Excimerlaser (248 nm) oder ein ArF-Excimerlaser (193 nm) verwendet.According to a method of handling such a fine pattern is the resolution of the pattern by reducing the size Exposure light source wavelength has been improved. As a result, existing photolithography processes mainly a KrF- in exposure light sources Excimer laser (248 nm) or an ArF excimer laser (193 nm) used.

Durch die kleinere Belichtungswellenlänge wird zwar die Auflösung verbessert, die Fukustiefe wird jedoch flacher. Daher ergeben sich tendentiell Probleme bei der Konstruktion eines optischen Systems mit einer Linse, oder in einer sol chen Konstruktion treten nachteilige Einflüsse auf, z. B. ei ne Beeinträchtigung der Stabilität eines Verarbeitungspro zesses.Due to the smaller exposure wavelength, the Resolution improved, but the fucus depth becomes shallower. Therefore, design problems tend to arise an optical system with a lens, or in a sol Chen construction occur adverse influences, for. B. egg ne impairment of the stability of a processing pro zesses.

Um diese Probleme zu lösen, ist ein Phasenverschie bungsverfahren verwendet worden. Im Phasenverschiebungsver fahren wird eine Phasenverschiebungsmaske als Maske für die Übertragung des Feinmusters verwendet.To solve these problems is a phase shift exercise procedures have been used. In the phase shift ver will drive a phase shift mask as a mask for the Fine pattern transfer used.

Die Phasenverschiebungsmaske besteht beispielsweise aus einem Phasenverschiebungsabschnitt, der als Musterabschnitt auf der Maske dient, und einem Nicht-Musterabschnitt, in dem kein Phasenverschiebungsabschnitt vorhanden ist. Eine Phase von durch beide Abschnitte transmittiertem Licht wird um 180° relativ zueinander phasenverschoben, wodurch wechselsei tige Interferenz von Licht, d. h. von Lichtwellen, an Muster grenzabschnitten auftritt. Dies ist dazu geeignet, den Kon trast eines übertragenen Bildes zu erhöhen. Es ist bekannt, daß eine Phasenverschiebung ϕ (rad) einer Lichtwelle, die den Phasenverschiebungsabschnitt durchlaufen hat, von einem Realteil n eines komplexen Brechungsindex und einer Schicht dicke d des Phasenverschiebungsabschnitts abhängt, und daß eine durch die folgende Gleichung (1) dargestellte Beziehung gilt:
The phase shift mask consists, for example, of a phase shift section serving as a pattern section on the mask and a non-pattern section in which there is no phase shift section. A phase of light transmitted through both sections is phase-shifted by 180 ° relative to one another, as a result of which mutual interference of light, ie of light waves, occurs at pattern border sections. This is suitable for increasing the contrast of a transmitted image. It is known that a phase shift ϕ (rad) of a light wave which has passed through the phase shift section depends on a real part n of a complex refractive index and a layer thickness d of the phase shift section, and that a relationship represented by the following equation (1) applies:

ϕ = 2πd(n-1)/λ (1)ϕ = 2πd (n-1) / λ (1)

Hierbei bezeichnet λ die Wellenlänge eines Belichtungs lichts. Daher kann, um die Phase um 180° zu verschieben, die Filmdicke d folgendermaßen festgelegt werden.
Here λ denotes the wavelength of an exposure light. Therefore, in order to shift the phase by 180 °, the film thickness d can be set as follows.

d = λ/{2 (n-1)} (2)d = λ / {2 (n-1)} (2)

Die Phasenverschiebungsmaske ermöglicht eine Vergrößerung der Fokustiefe, um eine erforderliche Auflösung zu erhalten, und es kann sowohl eine Verbesserung der Auflösung als auch eine Verbesserung der Anwendbarkeit eines Verarbeitungspro zesses ohne Änderung der Belichtungswellenlänge erreicht werden.The phase shift mask enables enlargement the depth of focus in order to obtain the required resolution, and it can both improve resolution as well an improvement in the applicability of a processing pro achieved without changing the exposure wavelength will.

Die Phasenverschiebungsmaske wird gemäß den Lichttrans missionseigenschaften des ein Maskenmuster bildenden Phasen verschiebungsabschnitts grob klassifiziert in eine Phasen verschiebungsmaske mit perfekter Transmission (Levenson-Typ) und eine Halbton-Phasenverschiebungsmaske. In der erstge nannten Maske ist der Transmissionsgrad des Phasenverschie bungsabschnitts demjenigen des Nicht-Musterabschnitts (Lichttransmissionsabschnitt) gleich, und diese Maske ist für die Belichtungswellenlänge im wesentlichen transparent. Allgemein kann gesagt werden, daß die Maske für eine Linien- oder Zeilenübertragung oder eine räumliche Übertragung ge eignet ist. In der letztgenannten Halbton-Phasenverschie bungsmaske hat der Phasenverschiebungsabschnitt (halb-licht durchlässiger Abschnitt oder durchscheinender Abschnitt) im Vergleich zum Transmissionsgrad des Nicht-Musterabschnitts (Lichttransmissionsabschnitt) einen Transmissionsgrad von mehreren Prozent bis mehreren zehn Prozent. Die Halbton- Phasenverschiebungsmaske ist dazu geeignet, ein Kontaktie rungsloch oder ein Isolationsmuster bereitzustellen.The phase shift mask is according to the light trans mission characteristics of the phases forming a mask pattern roughly classified into a phase displacement mask with perfect transmission (Levenson type) and a halftone phase shift mask. In the first named mask is the transmittance of the phase shift exercise section that of the non-sample section (Light transmission section) the same, and this mask is essentially transparent to the exposure wavelength. In general it can be said that the mask for a line or line transfer or spatial transfer is suitable. In the latter, the halftone phase differs The phase shifting section (half-light translucent section or translucent section) in the Comparison of the transmittance of the non-sample section (Light transmission section) has a transmittance of several percent to several ten percent. The halftone Phase shift mask is suitable for a contact hole or provide an isolation pattern.

Ein Beispiel von Halbton-Phasenverschiebungsmasken ist eine einlagige Halbton-Phasenverschiebungsmaske, die eine einfache Struktur aufweist und einfach herstellbar ist. Der artige einlagige Halbton-Phasenverschiebungsmasken können z. B. die in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 199447/1995 beschriebenen, auf SiO_x und SiO_xN_y basieren den Masken, die im US-Patent Nr. 5477058 beschriebenen, auf SiN_x basierenden Masken und ähnliche Masken sein.An example of halftone phase shift masks is a single-layer halftone phase shift mask that has a simple structure and is easy to manufacture. The like single-layer halftone phase shift masks can e.g. For example, the SiO _x and SiO _x N _y based masks described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 199447/1995 are the masks described in US Patent No. 5477058, SiN _x based masks and the like.

Um durch Photolithographieverfahren zukünftig auch un ter Verwendung des Phasenverschiebungsverfahrens eine höhere Integration zu erreichen, ist es weiterhin erforderlich, die Belichtungswellenlänge zu verkürzen. Als dem KrF-Excimer laser und dem ArF-Excimerlaser folgende Belichtungslicht quelle der nächsten Generation ist ein F₂-Excimerlaser (157 nm) bereits getestet und untersucht worden. Eine Verkleine rung der Wellenlänge der Belichtungslichtquelle bringt je doch Probleme bezüglich des optischen Systems mit sich, wie vorstehend beschrieben wurde, und führt außerdem zu Proble men bei der Entwicklung/Vorbereitung einer Photomaske. Da durch hat in der gegenwärtigen Situation die Entwicklung der Halbton-Phasenverschiebungsmaske für den F₂-Excimerlaser noch kaum begonnen. Nachstehend werden Ursachen der Probleme betrachtet.In order to achieve a higher level of integration using the phase shift method in the future, it is also necessary to shorten the exposure wavelength. An F ₂ excimer laser (157 nm) has already been tested and examined as the next generation exposure light source following the KrF excimer laser and the ArF excimer laser. However, reducing the wavelength of the exposure light source brings problems with the optical system as described above and also leads to problems in developing / preparing a photomask. As a result, the development of the halftone phase shift mask for the F ₂ excimer laser has barely begun in the current situation. The causes of the problems are considered below.

Erstens nimmt in vielen Festkörpermaterialien ein Lichtabsorptionsgrad mit abnehmender Wellenlänge zu. Indem dies berücksichtigt wird, wird vorausgesetzt, daß ein Trans missionsschichtmaterial und ein durchscheinendes Schichtma terial, die in Verbindung mit dem KrF-Excimerlaser und mit dem ArF-Excimerlasen verwendet werden, auch für die Halbton- Phasenverschiebungsmaske für den F₂-Excimerlaser verwendbar sind. In diesem Fall sollte eine Schicht dick sein, um einen vorgegebenen Phasenwinkel zu erhalten. Dadurch weist der Transmissionsgrad im wesentlichen einen Wert in der Nähe von Null auf. Außerdem kann, wenn der Absorptionsgrad für das Belichtungslicht hoch ist, die den Phasenverschiebungsab schnitt bildende Schicht durch das Belichtungslicht beschä digt werden. Beschädigungen bezeichnen hierin Änderungen op tischer Eigenschaften (Transmissionsgrad, Brechungsindex und ähnliche) der Schicht, Schichtdickenänderungen, Verschlech terungen von Schichteigenschaften und ähnliche, die durch einen aufgrund von Absorption des Belichtungslichts erzeug ten Defekt in der den Phasenverschiebungsabschnitt bildenden Schicht und durch die Trennung einer Bindung verursacht wer den.First, in many solid materials, light absorption increases with decreasing wavelength. Taking this into account, it is assumed that a transmission layer material and a translucent layer material used in connection with the KrF excimer laser and with the ArF excimer laser can also be used for the halftone phase shift mask for the F ₂ excimer laser. In this case a layer should be thick in order to obtain a given phase angle. As a result, the transmittance essentially has a value close to zero. In addition, if the degree of absorption for the exposure light is high, the layer forming the phase shift portion may be damaged by the exposure light. Damage refers here to changes in optical properties (transmittance, refractive index and the like) of the layer, changes in layer thickness, deteriorations in layer properties and the like, which are caused by a defect in the layer forming the phase shifting section which is caused by absorption of the exposure light and by the separation of a bond will.

Außerdem sollten hinsichtlich eines Schichtmaterials des Phasenverschiebungsabschnitts weitere Probleme berück sichtigt werden, z. B. daß das selektive Ätzen der Phasenver schiebungsschicht eine Verarbeitungsgenauigkeit und die che mische Beständigkeit gegen in einem Reinigungsschritt eines Fertigungsprozeß verwendete Säuren und Alkalien beeinflußt, und ähnliche Probleme.In addition, regarding a layer material of the phase shift section addresses other problems be viewed, e.g. B. that the selective etching of the phase ver sliding layer a processing accuracy and the che resistance to mixing in one step Influenced the manufacturing process used acids and alkalis, and similar problems.

Die vorliegende Erfindung ist hinsichtlich des vorste henden Hintergrunds entwickelt worden, und es ist eine Auf gabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbton-Phasenver schiebungsmaske bereitzustellen, die in einem Belichtungs wellenlängenbereich von 140 nm bis 200 nm verwendbar ist, der eine Wellenlänge eines F₂-Excimerlasers von 157 nm ent hält, und einen Halbton-Phasenverschiebungsmaskenrohling zum Herstellen der Halbton-Phasenverschiebungsmaske. Diese Auf gabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.The present invention has been made in view of the foregoing, and it is an object of the present invention to provide a halftone phase shift mask which can be used in an exposure wavelength range of 140 nm to 200 nm which has a wavelength of an F ₂ - Excimer laser of 157 nm ent, and a halftone phase shift mask blank for producing the halftone phase shift mask. This task is solved by the features of the claims.

Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, haben die vorlie genden Erfinder umfangreiche Forschungs- und Entwicklungs arbeit geleistet. Dabei hat sich gezeigt, daß SiN_x eine Schichtmatrix aufgrund einer Si-N-Bindung dicht macht. Dies führt dazu, daß SiN_x eine höhere Bestrahlungsbeständigkeit bezüglich eines Belichtungslichts und eine höhere chemische Beständigkeit gegen Detergenzien oder ähnliche Mittel auf weist. Andererseits weist SiO_x auch bei kurzen Wellenlängen einen relativ hohen Transmissionsgrad auf. Infolgedessen hat sich die Aufmerksamkeit auf SiO_xN_y gerichtet, das Vorteile beider vorstehend erwähnten Materialien aufweist. Außerdem hat sich gezeigt, daß durch die Verwendung von SiO_xN_y eine Phasenverschiebungsschicht erhalten werden kann, die durch Einstellen der Zusammensetzung von SiO_xN_y für ein Belich tungslicht mit einer kurzen Wellenlänge geeignet ist. Die vorliegenden Erfindung ist unter Berücksichtigung der vor stehend erwähnten Tatsachen entwickelt worden.In order to solve the above problem, the present inventors have done extensive research and development work. It has been shown that SiN _x makes a layer matrix tight due to an Si-N bond. As a result, SiN _x has higher radiation resistance to exposure light and higher chemical resistance to detergents or the like. On the other hand, SiO _{x has} a relatively high transmittance even at short wavelengths. As a result, attention has turned to SiO _x N _y , which has advantages of both materials mentioned above. In addition, it has been found that by using SiO _x N _y, a phase shift layer can be obtained which is suitable for exposure light with a short wavelength by adjusting the composition of SiO _x N _y . The present invention has been made in consideration of the facts mentioned above.

Die Phasenverschiebungsschicht unterscheidet sich hin sichtlich des Zusammensetzungsbereichs grundsätzlich von ei ner herkömmlichen, auf SiO_xN_y basierenden Schicht und unter scheidet sich darüber hinaus hinsichtlich der Schichteigen schaften (z. B. der physikalischen Eigenschaften, wie bei spielsweise des Imaginärteils k des komplexen Brechungsin dex) von der herkömmlichen, auf SiO_xN_y basierenden Schicht. Durch eine Kombination des Zusammensetzungsbereichs und der Schichteigenschaften kann eine Phasenverschiebungsschicht mit einem Transmissionsgrad von 3 bis 40% und einem Bre chungsindex (bezogen auf eine Schichtdicke, die dazu geeig net ist, die Phase um einen vorgegebenen Winkel zu verschie ben) von 1,7 oder mehr in der Nähe der Wellenlänge des F₂-Excimerlasers von 157 nm realisiert werden. Außerdem hat die Phasenverschiebungsschicht eine ausreichende Bestrahlungsbe ständigkeit bezüglich des Belichtungslichts und eine ausrei chende chemische Beständigkeit.The phase shift layer differs fundamentally in terms of the composition range from a conventional layer based on SiO _x N _y and also differs in terms of the layer properties (e.g. the physical properties, such as the imaginary part k of the complex refractive index) ) from the conventional layer based on SiO _x N _y . By combining the composition range and the layer properties, a phase shift layer with a transmittance of 3 to 40% and a refractive index (based on a layer thickness which is suitable for shifting the phase by a predetermined angle) of 1.7 or more near the wavelength of the F ₂ excimer laser of 157 nm. In addition, the phase shift layer has sufficient exposure resistance to exposure light and chemical resistance.

Außerdem ist, wenn die Phasenverschiebungsschicht aus einer doppellagigen Struktur aus einer SiO_xN_y-Schicht und ei ner Ätzstoppschicht besteht, eine Phasenverschiebungsschicht nicht nur ausreichend hinsichtlich der Bestrahlungsbestän digkeit bezüglich Belichtungslicht und der chemischen Be ständigkeit, sondern darüber hinaus auch hinsichtlich der Ver-/Bearbeitbarkeit eines Musters.In addition, if the phase shift layer is composed of a double-layer structure of an SiO _x N _y layer and an etching stop layer, a phase shift layer is not only sufficient in terms of the exposure resistance to exposure light and chemical resistance, but also in terms of the Editability of a pattern.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is described below with reference to the Drawings described in detail.

Fig. 1 zeigt ein Diagramm zum Darstellen eines Trans missionsspektrums von in erfindungsgemäßen Beispielen und in Vergleichsbeispielen hergestellten Proben; Fig. 1 is a diagram showing a trans mission spectrum of samples produced in examples according to the invention and in comparative examples;

Fig. 2 zeigt das Transmissionsspektrum in einem halb lichtdurchlässigen Abschnitt (Phasenverschiebungsabschnitt) der in Beispiel 5 hergestellten Probe; Fig. 2 shows the transmission spectrum in a semi-transparent portion (phase shift portion) of the sample prepared in Example 5;

Fig. 3 zeigt ein Diagramm zum Darstellen einer Bezie hung zwischen einer Ätzzeit und der Intensität von reflek tiertem Licht von gemäß Beispielen hergestellten Proben; und Fig. 3 is a graph showing a relationship between an etching time and the intensity of reflected light from samples made according to examples; and

Fig. 4A bis 4D zeigen erläuternde schematische Dia gramme zum Beschreiben eines Fertigungsprozesses einer Pha senverschiebungsschicht. FIGS. 4A to 4D show schematic explanatory slide programs for describing a manufacturing process of a Pha senverschiebungsschicht.

In einer erfindungsgemäßen Halbton-Phasenverschiebungs maske und einem Maskenrohling wird SiO_xN_y, das aus Silizium, Sauerstoff und Stickstoff besteht, als Schichtmaterial für einen Phasenverschiebungsabschnitt oder eine Phasenverschie bungsschicht ausgewählt. Ein solches Material wird unter ei ner großen Anzahl von Materialien ausgewählt, die als Schichtmaterialien für einen KrF-Excimerlaser und einen ArF-Excimerlaser bekannt sind.In a halftone phase shift mask according to the invention and a mask blank, SiO _x N _y , which consists of silicon, oxygen and nitrogen, is selected as layer material for a phase shift section or a phase shift layer. Such a material is selected from a large number of materials known as layer materials for a KrF excimer laser and an ArF excimer laser.

Darüber hinaus wird ein reaktives Sputterverfahren als Fertigungsverfahren ausgewählt, so daß ein gewünschter Transmissionsgrad und eine gewünschte Phasenverschiebung in einem Belichtungslichtwellenlängenbereich von 140 nm bis 200 nm erhalten werden, insbesondere in der Nähe der Wellenlänge eines F₂-Excimerlasers von 157 nm. Außerdem wird eine Gas durchflußrate innerhalb eines vorgegebenen engen Bereichs geregelt.In addition, a reactive sputtering method is selected as the manufacturing method so that a desired transmittance and a desired phase shift are obtained in an exposure light wavelength range from 140 nm to 200 nm, especially near the wavelength of an F ₂ excimer laser of 157 nm. In addition, a gas flow rate regulated within a predetermined narrow range.

Nachstehend werden gemäß einem ersten Aspekt der vor liegenden Erfindung zunächst eine Phasenverschiebungsmaske und ein Maskenrohling mit einer Phasenverschiebungsschicht (Phasenverschiebungsabschnitt) mit einer einlagigen Struktur aus einer SiO_xN_y-Schicht beschrieben.According to a first aspect of the present invention, a phase shift mask and a mask blank with a phase shift layer (phase shift section) with a single-layer structure made of an SiO _x N _y layer are described below.

In der vorliegenden Erfindung werden Fertigungsbedin gungen eingestellt und gesteuert. Insbesondere weist der Phasenverschiebungsabschnitt oder die Phasenverschiebungs schicht eine derartige Schichtdicke auf, daß eine Phasenver schiebung von etwa 180° für Belichtungslicht in einem Ultra violettbereich in Vakuum erhalten wird. Das Belichtungslicht kann einen Wellenlängenbereich von 140 nm bis 200 nm aufwei sen, der die Wellenlänge eines F₂-Excimerlasers von 157 nm enthält. In diesem Fall wird der Realteil n eines komplexen Brechungsindex auf einen Wert von n ≧ 1,7 eingestellt, und ein Imaginärteil k des komplexen Brechungsindex wird auf ei nen Wert von k ≦ 0,450 eingestellt. Dadurch wird eine opti sche Eigenschaft der Halbton-Phasenverschiebungsmaske für das Ultraviolett-Belichtungslicht in Vakuum erfüllt. Für den F₂-Excimerlaser ist ein Bereich von k ≦ 0,40 bevorzugt, und bevorzugter ist ein Bereich von 0,07 ≦ k ≦ 0,35. Für den ArF-Excimerlaser ist ein Bereich von k ≦ 0,40 bevorzugt, und bevorzugter ist ein Bereich von 0,07 ≦ k 0,35. Für den F₂-Excimerlaser ein Bereich von n ≧ 2,0 bevorzugt, und bevor zugter ist ein Bereich von n ≧ 2,2. Für den ArF-Excimerlaser ist ein Bereich von n ≧ 2,0 bevorzugt, und bevorzugter ist ein Bereich von n ≧ 2,5.In the present invention, manufacturing conditions are set and controlled. In particular, the phase shift section or the phase shift layer has a layer thickness such that a phase shift of approximately 180 ° is obtained for exposure light in an ultra violet region in a vacuum. The exposure light can have a wavelength range from 140 nm to 200 nm, which contains the wavelength of an F ₂ excimer laser of 157 nm. In this case, the real part n of a complex refractive index is set to a value of n ≧ 1.7, and an imaginary part k of the complex refractive index is set to a value of k ≦ 0.450. This fulfills an optical characteristic of the halftone phase shift mask for the ultraviolet exposure light in vacuum. A range of k ≦ 0.40 is preferred for the F ₂ excimer laser, and a range of 0.07 ≦ k ≦ 0.35 is more preferred. A range of k ≦ 0.40 is preferred for the ArF excimer laser, and a range of 0.07 ≦ k 0.35 is more preferred. A range of n ≧ 2.0 is preferred for the F ₂ excimer laser, and a range of n ≧ 2.2 is preferred. A range of n ≧ 2.0 is preferred for the ArF excimer laser, and a range of n ≧ 2.5 is more preferred.

Um die geeigneten optischen Eigenschaften zu erhalten, wird für die Bereiche der Anteile der jeweiligen Elemente der Zusammensetzung ein Siliziumanteil von 35 bis 45 Atom-%, ein Sauerstoffanteil von 1 bis 60 Atom-% und ein stickstoff anteil von 5 bis 60 Atom-% festgelegt. Wenn der Siliziuman teil 45 Atom-% überschreitet, oder wenn der Stickstoffanteil 60 Atom-% überschreitet, wird der Lichttransmissionsgrad der Schicht unzureichend. Wenn der Stickstoffanteil kleiner ist als 5 Atom-% oder der Sauerstoffanteil größer ist als 60 Atom-%, ist der Transmissionsgrad der Schicht zu hoch, so daß die Halbton-Phasenverschiebungsschicht ihre Funktion nicht erfüllt. Außerdem wird, wenn der Siliziumanteil kleiner ist als 35 Atom-%, oder wenn der Stickstoffanteil 60 Atom-% überschreitet, die chemische Struktur der Schicht sehr insta bil.In order to obtain the appropriate optical properties, is used for the areas of the proportions of the respective elements the composition has a silicon content of 35 to 45 atom%, an oxygen content of 1 to 60 atomic% and a nitrogen proportion of 5 to 60 atomic%. If the silicon part exceeds 45 atomic%, or if the nitrogen content Exceeds 60 atomic%, the light transmittance of the Insufficient layer. If the nitrogen content is smaller than 5 atomic% or the oxygen content is greater than 60 Atomic%, the transmittance of the layer is too high, so that the halftone phase shift layer does not function Fulfills. In addition, if the silicon content is smaller than 35 atomic%, or if the nitrogen content is 60 atomic% exceeds the chemical structure of the layer very insta bil.

Außerdem wird ähnlicherweise gemäß den vorstehend er wähnten Gesichtspunkten für die Bereiche der Anteile der je weiligen Elemente der Zusammensetzung für den F₂-Excimer laser vorzugsweise ein Siliziumanteil von 35 bis 40 Atom-%, ein Sauerstoffanteil von 25 bis 60 Atom-% und ein Stick stoffanteil von 5 bis 35 Atom-% festgelegt. Ähnlicherweise werden für die Bereiche der Anteile der jeweiligen Elemente der Zusammensetzung für den ArF-Excimerlaser vorzugsweise ein Siliziumanteil von 38 bis 45 Atom-%, ein Sauerstoffan teil von 1 bis 40 Atom-% und ein Stickstoffanteil von 30 bis 60 Atom-% festgelegt.In addition, similarly, according to the above-mentioned viewpoints, for the ranges of the proportions of the respective elements of the composition for the F ₂ excimer laser, preferably a silicon content of 35 to 40 atomic%, an oxygen content of 25 to 60 atomic% and a stick content of 5 to 35 atomic%. Similarly, for the ranges of the proportions of the respective elements of the composition for the ArF excimer laser, a silicon content of 38 to 45 atom%, an oxygen content of 1 to 40 atom% and a nitrogen content of 30 to 60 atom% are preferably determined.

In einer erfindungsgemäßen Halbton-Phasenverschiebungs maske und in einem Maskenrohling können der Transmissions grad und die Phasenverschiebung hauptsächlich durch Ändern des Verhältnisses von Sauerstoff und Stickkstoff in der Zu sammensetzung gleichzeitig eingestellt werden. Insbesondere kann der Transmissionsgrad durch Erhöhen des Sauerstoffan teils erhöht werden, während der Brechungsindex durch Erhö hen des Stickstoffanteils erhöht werden kann.In a halftone phase shift according to the invention mask and in a mask blank the transmissions degrees and the phase shift mainly by changing the ratio of oxygen and nitrogen in the zu composition can be adjusted at the same time. In particular the transmittance can be increased by increasing the oxygen partly increased, while the refractive index increases hen the nitrogen content can be increased.

Außerdem kann, weil die vorstehend erwähnte Schicht struktur eine Matrix aufweist, die Si-O-Bindungen und Si-N- Bindungen enthält, die beide eine starke chemische Bestän digkeit aufweisen, eine Beeinträchtigung der Schichteigen schaften aufgrund von in einem Reinigungsprozeß verwendeten Detergenzien vermieden werden. Außerdem kann, weil die Si-N- Bindung die Schichtdichte erhöht, die Schicht keine Beschä digungen erfahren, die durch eine Bestrahlung mit hochener getischem Licht mit einer kurzen Wellenlänge verursacht wer den können.In addition, because the above-mentioned layer structure has a matrix containing Si-O bonds and Si-N- Contains bonds, both of which have strong chemical resistance show impairment of the layer's intrinsic properties due to used in a cleaning process Detergents can be avoided. In addition, because the Si-N Binding increases the layer density, the layer no damage experience damage caused by irradiation with high short wavelength light that can.

Außerdem kann, wenn das die Phasenverschiebungsschicht bildende Material Stickstoff enthält, die Be-/Verarbeit barkeit bei der Strukturierung eines Musters durch Trocken ätzen verbessert werden. D. h., wenn das Material Stickstoff enthält, nimmt der Brechungsindex des Phasenverschiebungsab schnitts zu, und eine zum Erzeugen einer Phasenverschiebung von 180° erforderliche Schichtdicke nimmt ab. Dadurch kann eine Musterkonfiguration erhalten werden, die ein kleineres Maßverhältnis (lineare Musterbreite/Schichtdicke) und eine stabile Form aufweist. Außerdem wird, weil das Material Stickstoff enthält, ein Brechungsindexunterschied bezüglich des Substrats größer, eine Änderung des Reflexionsvermögens an einem Endpunkt des Ätzprozesses groß und kann der End punkt einfach erfaßt werden.In addition, if that is the phase shift layer forming material contains nitrogen, the working / processing Ability to structure a pattern through drying etching can be improved. That is, if the material is nitrogen contains, the refractive index of the phase shift decreases cut, and one to create a phase shift layer thickness required of 180 ° decreases. This can a sample configuration can be obtained which is a smaller one Dimension ratio (linear pattern width / layer thickness) and one has a stable shape. Besides, because of the material Contains nitrogen, a difference in refractive index with respect of the substrate larger, a change in reflectivity large at an end point of the etching process and the end can point can be easily grasped.

Wie vorstehend beschrieben, kann, wenn der Sauerstoff anteil in der Phasenverschiebungsschicht der Phasenverschie bungsmaske und des Maskenrohlings, die erfindungsgemäß aus einer einlagigen SiO_xN_y-Schicht besteht, ein Problem bezüg lich der Be-/Verarbeitungsgenauigkeit in einer Tiefenrich tung der Phasenverschiebungsschicht auftreten. Gründe hier für werden nachstehend beschrieben.As described above,, when the oxygen environment mask share in the phase shift film of the phase shifters and the mask blank according to the invention _y of a single-layer SiO _x N layer is a problem bezüg Lich the loading / processing precision in a depth Rich processing the phase shift layer occur. Reasons for this are described below.

Um eine ausreichende Be-/Verarbeitungsgenauigkeit beim Ätzen der Phasenverschiebungsmaske zu erhalten, sollte zu mindest in der Tiefenrichtung ein anisotropes Ätzverfahren verwendet werden. Zu diesem Zweck wird ein Trockenätzverfah ren verwendet. Auf dem Fachgebiet werden u. a. reaktives Io nenätzen (RIE) durch Fluorgase, z. B. CHF₃, CF₄, SF₆, C₂F₆ und Mischgase weit verbreitet verwendet.In order to obtain sufficient processing accuracy when etching the phase shift mask, an anisotropic etching process should be used at least in the depth direction. A dry etching process is used for this purpose. In the field, reactive ion etching (RIE) by fluorine gases, e.g. B. CHF ₃ , CF ₄ , SF ₆ , C ₂ F ₆ and mixed gases are widely used.

Andererseits bestehen die meisten herkömmlichen Masken substrate aus synthetischen Quarzsubstraten. Die Ätzrate von synthetischem Quarz bezüglich eines Fluorgases ist jedoch relativ groß. Daher wird, wenn der Ätzvorgang auch nach Abschluß des Ätzens der Phasenverschiebungsschicht fortge setzt wird, auch das Substrat geätzt, so daß der Phasenun terschied größer ist als 180°. Daher kann durch eine Phasen verschiebung keine Verbesserung der Auflösung erreicht wer den.On the other hand, most conventional masks exist synthetic quartz substrate. The etch rate of is synthetic quartz with respect to a fluorine gas, however relatively large. Therefore, if the etching is also after Completed etching the phase shift layer is set, the substrate is also etched so that the phase un difference is greater than 180 °. Therefore, through a phases shift no improvement in resolution achieved the.

Um dies zu verhindern, muß der Endpunkt des Ätzprozes ses der Phasenverschiebungsmaske exakt erfaßt werden, wofür mehrere Entscheidungsverfahren vorgeschlagen worden sind. Ein allgemeines und effektives Verfahren ist ein Verfahren zum Bestrahlen eines zu ätzenden Abschnitts mit Licht mit einer spezifischen Wellenlänge (z. B. 680 nm), Erfassen einer zeitlichen Änderung der Intensität von reflektiertem Licht und Identifizieren des Endpunkts.To prevent this, the end point of the etching process ses of the phase shift mask are captured exactly for what several decision-making procedures have been proposed. A general and effective process is a process for irradiating a section to be etched with light a specific wavelength (e.g. 680 nm), detect one temporal change in the intensity of reflected light and identifying the end point.

Außerdem kann, wenn die erfindungsgemäße Phasenver schiebungsschicht nur eine einlagige SiO_xN_y-Schichtstruktur ist und der Sauerstoffanteil groß ist, aufgrund der Ähnlich keit der Zusammensetzung und des Brechungsindex des synthe tischen Quarzsubstrats keine ausreichende Änderung der In tensität des reflektierten Lichts erhalten werden, wenn der Ätzprozeß in dem zu ätzenden Abschnitt fortgesetzt wird. Da durch kann die Be- oder Verarbeitungsgenauigkeit in der Tie fenrichtung der Phasenverschiebungsschicht beeinträchtigt werden.In addition, when the phase shift layer of the present invention is only a single-layer SiO _x N _y layer structure and the oxygen content is large, due to the similarity of the composition and refractive index of the synthetic quartz substrate, a sufficient change in the intensity of the reflected light cannot be obtained if the etching process is continued in the section to be etched. As a result, the working or processing accuracy in the deep direction of the phase shift layer can be impaired.

Daher wird, wenn ein synthetischer Quarz als Substrat verwendet wird und der Sauerstoffanteil der SiO_xN_y-Schicht in der Phasenverschiebungsschicht, z. B. in der erfindungsgemä ßen Phasenverschiebungsmaske oder im erfindungsgemäßen Mas kenrohling, groß wird, vorzugsweise eine Ätzstoppschicht zwischen der SiO_xN_y-Schicht und dem synthetischen Quarzsub strat angeordnet. In diesem Fall hat die Phasenverschie bungsschicht eine aus der SiO_xN_y-Schicht und der Ätzstopp schicht gebildete zweilagige Struktur, und ein vorgegebener Phasenwinkel und ein vorgegebener Transmissionsgrad werden in der zweilagigen Struktur eingestellt.Therefore, when a synthetic quartz is used as the substrate and the oxygen content of the SiO _x N _y layer in the phase shift layer, e.g. B. in the phase shift mask according to the invention or in the mask blank according to the invention, is large, preferably an etching stop layer is arranged between the SiO _x N _y layer and the synthetic quartz substrate. In this case, the phase shift layer has a two-layer structure formed from the SiO _x N _y layer and the etch stop layer, and a predetermined phase angle and a predetermined transmittance are set in the two-layer structure.

Hierbei wird die Ätzstoppschicht aus einem Material hergestellt, das die Funktion hat, das Fortschreiten des Ätzprozesses der SiO_xN_y-Schicht zu stoppen und/oder die Er fassung des Endpunkts des Ätzprozesses der Phasenverschie bungsschicht zu ermöglichen.Here, the etch stop layer is made of a material which has a function to stop the progress of the etching process of the SiO _x N _y layer and / or to enable detection of the end point of the etching process of the phase shift layer.

Die erstgenannte Schicht mit der Funktion zum Stoppen des Fortschreitens des Ätzprozesses der SiO_xN_y-Schicht wird aus einem Material mit einer niedrigen Selektivität bezüg lich des Ätzprozesses einer Phasenverschiebungsschicht her gestellt, d. h. aus einem Material mit einer im Vergleich zur Ätzrate der SiO_xN_y-Schicht selbst niedrigen Ätzrate bezüglich eines Ätzmittels, das zum Ätzen der SiO_xN_y-Schicht verwendet wird. Insbesondere wird die Schicht vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das bezüglich der Phasenverschiebungs schicht eine Selektivität von 0,7 oder weniger, vorzugsweise von 0,5 oder weniger aufweist.The first-mentioned layer with the function for stopping the progress of the etching process of the SiO _x N _y layer is made from a material with a low selectivity with respect to the etching process of a phase shift layer, ie from a material with a compared to the etching rate of the SiO _x N _y layer itself low etch rate with respect to an etchant used for etching the SiO _x N _y layer. In particular, the layer is preferably made of a material which has a selectivity of 0.7 or less, preferably 0.5 or less, with respect to the phase shift layer.

Außerdem ist die letztgenannte Ätzstoppschicht mit der Funktion zum Ermöglichen der Erfassung des Endpunkts des Ätzprozesses der Phasenverschiebungsschicht eine Schicht, die aus einem Material hergestellt wird, in dem das Reflexi onsvermögen des transparenten Substrats (z. B. dem syntheti schen Quarzsubstrat) für in einer Vorrichtung zum Erfassen des Ätzprozeßendpunktes verwendetes Licht (z. B. 680 nm) grö ßer ist der Unterschied des Reflexionsvermögens zwischen dem transparenten Substrat und der SiO_xN_y-Schicht. Die bevorzugte Schicht wird aus einem Material mit einem Brechungsindex (Realteil des Brechungsindex) hergestellt, der höher ist als derjenige der SiO_xN_y-Schicht oder des transparenten Sub strats. Insbesondere kann der wellenlängenbezogene Bre chungsindexunterschied zwischen der SiO_xN_y-Schicht und dem zum Erfassen des Ätzprozeßendpunktes verwendeten Licht 0,5 oder mehr, vorzugsweise 1 oder mehr betragen.In addition, the latter etching stop layer with the function of enabling detection of the end point of the etching process of the phase shift layer is a layer made of a material in which the reflectivity of the transparent substrate (e.g., the synthetic quartz substrate) for in a device light used to detect the etching process end point (eg 680 nm) is greater the difference in reflectivity between the transparent substrate and the SiO _x N _y layer. The preferred layer is made of a material with a refractive index (real part of the refractive index) that is higher than that of the SiO _x N _y layer or the transparent substrate. In particular, the wavelength-related refractive index difference between the SiO _x N _y layer and the light used to detect the etching process end point can be 0.5 or more, preferably 1 or more.

Hinsichtlich der Ätzstoppschicht beträgt die Selektivi tät der Ätzstoppschicht bezüglich des Substrats 1,5 oder mehr, vorzugsweise 2,0 oder mehr. Insbesondere nimmt, wenn die Ätzstoppschicht nicht entfernt werden kann, der Trans missionsgrad in einem Lichttransmissionsabschnitt ab, und damit der Kontrast am Musterübergang. Auch wenn die Schicht entfernt werden kann, könnte, falls die Ätzrate nicht größer ist als diejenige des Substrats, das Substrat in der Nähe des Ätzprozeßendpunkts geätzt werden, wobei die Ver- oder Bearbeitungsgenauigkeit abnimmt.With regard to the etch stop layer, the selectivity is act of the etch stop layer with respect to the substrate 1.5 or more, preferably 2.0 or more. In particular, if the etch stop layer cannot be removed, the trans degree of mission in a light transmission section, and thus the contrast at the pattern transition. Even if the layer could be removed if the etch rate is not greater than that of the substrate, the substrate is nearby of the etching process end point, the ver or Machining accuracy decreases.

Unter Berücksichtigung der vorstehend erwähnten Aspekte können für die Ätzstoppschicht ein oder mehrere Materialien aus Magnesium, Aluminium, Titan, Vanadium, Chrom, Yttrium, Zirkon, Niobium, Molybdän, Zinn, Lanthan, Tantal, Wolfram, Silizium und Hafnium, einer Verbindung (Oxid, Nitrid, Nit ridoxid) dieser Elemente und ähnlichen Materialien ausge wählt werden.Taking into account the aspects mentioned above can use one or more materials for the etch stop layer Made of magnesium, aluminum, titanium, vanadium, chrome, yttrium, Zircon, niobium, molybdenum, tin, lanthanum, tantalum, tungsten, Silicon and hafnium, a compound (oxide, nitride, nit ridoxid) of these elements and similar materials be chosen.

Die Ätzstoppschicht hat vorzugsweise eine Dicke von 10 bis 200 Å. D. h., wenn die Dicke kleiner ist als 10 Å, kann der Ätzprozeß nicht vollständig gestoppt werden, und es kann keine deutliche Änderung des Reflexionsvermögens erfaßt wer den, so daß die Musterverarbeitungsgenauigkeit abnehmen kann. Andererseits kann das Muster bei einem isotropen Fort schreiten des Ätzprozesses in Abhängigkeit vom ausgewählten Ätzprozeß maximal bis zu etwa der doppelten Schichtdicke fortschreiten oder erweitert werden. Daher erreicht, wenn eine Musterlinienbreite von 0,1 µm = 1000 Å oder weniger verarbeitet wird und die Schichtdicke 200 Å überschreitet, ein Dimensions- oder Größenfehler 40% oder mehr, wobei Ei genschaften der Maske ernsthaft nachteilig beeinflußt wer den.The etch stop layer preferably has a thickness of 10 up to 200 Å. That is, if the thickness is less than 10 Å the etching process cannot be stopped completely and it can no significant change in reflectivity is detected who the so that the pattern processing accuracy decreases can. On the other hand, the pattern can be at an isotropic fort progress of the etching process depending on the selected one Etching process up to a maximum of about twice the layer thickness progress or be expanded. Therefore achieved when a pattern line width of 0.1 µm = 1000 Å or less is processed and the layer thickness exceeds 200 Å, a dimensional or size error 40% or more, where egg properties of the mask seriously adversely affected who the.

Außerdem hat die Ätzstoppschicht vorzugsweise die Funk tion zum Einstellen des Transmissionsgrads. Wenn der Trans missionsgrad bezüglich der Belichtungslichtwellenlänge (eine Wellenlänge im Bereich von 140 bis 200 nm oder in der Nähe von 157 nm oder 193 nm) der Ätzstoppschicht auf einen Be reich von 3 bis 40% eingestellt ist, wird der Transmissions grad im Phasenverschiebungsabschnitt gehalten. Außerdem kann durch die in einem unteren Teil des Phasenverschiebungsab schnitts (Laminat oder verschiedene Materialien) ausgebilde te Ätzstoppschicht der Transmissionsgrad einer Prüfwellen länge reduziert werden, die größer ist als die Belichtungs lichtwellenlänge. D. h., um die Maske in einem Fertigungspro zeß zu testen, wird Licht mit einer Wellenlänge verwendet, die größer ist als die Belichtungslichtwellenlänge, um die Intensität des transmittierten Lichts im herkömmlichen Ver fahren zu messen. Der Transmissionsgrad des halb-lichtdurch lässigen (durchscheinenden) Abschnitts (Phasenverschiebungs abschnitt) beträgt im herkömmlichen Prüfwellenlängenbereich von 200 bis 300 nm vorzugsweise 40% oder weniger. Anderer seits ist, wenn der Transmissionsgrad 40% oder mehr beträgt, kein ausreichender Kontrast zwischen dem Lichttransmissions abschnitt und dem halb-lichtdurchlässigen (durchscheinenden) Abschnitt vorhanden, so daß die Prüfgenauigkeit abnimmt. Wenn die Ätzstoppschicht aus einem hochgradig opaken Materi al hergestellt ist, sind Beispiele des Materials ein oder zwei oder mehr Materialien, die aus Aluminium, Titan, Vana dium, Chrom, Zirkon, Niobium, Molybdän, Lanthan, Tantal, Wolfram, Silizium und Hafnium und Nitriden dieser Elemente ausgewählt werden. Außerdem ist eine solche Ätzstoppschicht vorzugsweise ausreichend dünner als der Phasenverschiebungs abschnitt, und ihre Dicke beträgt geeignet 200 Å oder weni ger. D. h., wenn die Dicke größer ist als 200 Å, ist der Transmissionsgrad für die Belichtungslichtwellenlänge mit einer hohen Wahrscheinlichkeit kleiner als 3%. In diesem Fall sollte der Phasenwinkel und der Transmissionsgrad zwi schen den zwei Lagen der SiO_xN_y-Schicht und der Ätzstopp schicht eingestellt werden. D. h., der Transmissionsgrad be züglich der Belichtungslichtwellenlänge (eine Wellenlänge im Bereich von 140 bis 200 nm oder in der Nähe von 157 nm oder 193 nm) der Ätzstoppschicht wird auf 3 bis 40% und vorzugs weise so eingestellt, daß der Transmissionsgrad des Laminats mit der SiO_xN_y-Schicht in einem Bereich von 3 bis 40% liegt. Wenn die Phasenverschiebungsschicht aufgebracht wird, muß die auf der Oberfläche des dem Lichttransmissionsabschnitts entsprechenden Abschnitts freiliegende Ätzstoppschicht ent fernbar sein. Wenn der Lichttransmissionsabschnitt mit der Ätzstoppschicht beschichtet wird, nimmt der Transmissions grad des Lichttransmissionsabschnitts ab. Für ein Verfahren zum Entfernen der Ätzstoppschicht ist es, wenn die Ätzstopp schicht aus einem Material mit der Funktion zum Stoppen des Fortschreitens des Ätzprozesses der SiO_xN_y-Schicht gebildet ist, erforderlich, ein Verfahren zu verwenden, das sich vom Ätzverfahren für die SiO_xN_y-Schicht unterscheidet. Wenn die Ätzstoppschicht aus einem Material mit der Funktion zum Er möglichen der Erfassung des Endpunkts des Ätzprozesses der Phasenverschiebungsschicht hergestellt ist, kann das Ätzver fahren für die SiO_xN_y-Schicht das gleiche sein wie das zum Herstellen der Ätzstoppschicht verwendete Ätzverfahren oder davon verschieden sein. Die von der SiO_xN_y-Schicht herge stellte Phasenverschiebungsschicht kann durch Trockenätzen, z. B. durch reaktives Ionenätzen (RIE) unter Verwendung bei spielsweise von Gasen auf Fluorbasis, z. B. CHF₃, CF₄, SF₆, C₂F₆ und entsprechenden Mischgasen, geätzt werden. Anderer seits können, wenn die Ätzstoppschicht durch ein Verfahren geätzt/entfernt wird, das sich von dem für die Phasenver schiebungsschicht verwendeten Ätzverfahren unterscheidet, ein Trockenätzprozeß unter Verwendung eines Gases auf Fluor basis, das sich von dem zum Entfernen der Phasenverschie bungsschicht verwendeten Gas unterscheidet, ein Trocke nätzprozeß unter Verwendung eines Gases auf Chlorbasis, z. B. Cl₂, Cl₂ + O₂, oder ein Naßätzprozeß unter Verwendung einer Säure, eines Alkalis, oder ein ähnlicher Prozeß verwendet werden.In addition, the etch stop layer preferably has the function of adjusting the transmittance. When the transmittance with respect to the exposure light wavelength (a wavelength in the range of 140 to 200 nm or in the vicinity of 157 nm or 193 nm) of the etching stop layer is set to a range of 3 to 40%, the transmittance is kept in the phase shift portion. In addition, the transmittance of a test wavelength which is greater than the exposure light wavelength can be reduced by the etching stop layer formed in a lower part of the phase shift section (laminate or different materials). That is, to test the mask in a manufacturing process, light with a wavelength longer than the exposure light wavelength is used to measure the intensity of the transmitted light in the conventional method. The transmittance of the semi-translucent (translucent) portion (phase shift portion) is preferably 40% or less in the conventional test wavelength range of 200 to 300 nm. On the other hand, when the transmittance is 40% or more, there is insufficient contrast between the light transmission portion and the semi-translucent (translucent) portion, so that the inspection accuracy decreases. If the etch stop layer is made of a highly opaque material, examples of the material are one or two or more materials made of aluminum, titanium, vanadium, chromium, zirconium, niobium, molybdenum, lanthanum, tantalum, tungsten, silicon and hafnium and Nitrides of these elements can be selected. In addition, such an etch stop layer is preferably sufficiently thinner than the phase shift portion, and its thickness is suitably 200 Å or less. That is, if the thickness is larger than 200 Å, the transmittance for the exposure light wavelength is less than 3% with a high probability. In this case, the phase angle and the transmittance between the two layers of the SiO _x N _y layer and the etching stop layer should be set. That is, the transmittance with respect to the exposure light wavelength (a wavelength in the range of 140 to 200 nm or in the vicinity of 157 nm or 193 nm) of the etching stop layer is set to 3 to 40% and preferably so that the transmittance of the Laminates with the SiO _x N _y layer is in a range of 3 to 40%. When the phase shift layer is applied, the etching stop layer exposed on the surface of the portion corresponding to the light transmission portion must be removable. When the light transmission section is coated with the etch stop layer, the transmittance of the light transmission section decreases. For a method of the etch stop layer to remove it, if the etch stop layer of a material having the function of stopping the progress of the etching of the SiO _x N _y layer is formed, it is necessary to use a method which differs from the etching process for the SiO _x N _y layer differs. Be the etching stop layer of a material having the function of He possible the detection of the phase shift layer is made of the end point of the etching process, the Ätzver can drive for the SiO _x N _y layer be the same as the etching process used to make the etch stop layer or different from this . The phase shift layer provided by the SiO _x N _y layer can be obtained by dry etching, e.g. B. by reactive ion etching (RIE) using in example of fluorine-based gases, for. B. CHF ₃ , CF ₄ , SF ₆ , C ₂ F ₆ and corresponding mixed gases. On the other hand, if the etching stop layer is etched / removed by a method different from the etching method used for the phase shift layer, a dry etching process using a fluorine-based gas different from the gas used to remove the phase shift layer can a dry etching process using a chlorine-based gas, e.g. B. Cl ₂ , Cl ₂ + O ₂ , or a wet etching process using an acid, an alkali, or a similar process can be used.

Beispiele bevorzugter Materialien für die Ätzstopp schicht, die durch einen Trockenätzprozeß auf Fluorbasis entfernbar sind, der dem für die Phasenverschiebungsschicht der SiO_xN_y-Schicht verwendeten Trockenätzprozeß gleicht, sind Silizium, MoSi_x, TaSi_x und ähnliche. Wenn die ätzbare Ätz stoppschicht unmittelbar nach der SiO_xN_x-Schicht aufgebracht wird, kann ein großer Vorteil für den Prozeß erhalten wer den. Weitere Beispiele bevorzugter Materialien für die Ätz stoppschicht, die durch einen Ätzprozeß ätzbar ist, der sich vom für die Phasenverschiebungsschicht der SiO_xN_y-Schicht verwendeten Ätzprozeß unterscheidet, sind Ta, das durch Tro ckenätzen unter Verwendung von Cl₂ ätzbar ist, oder eine Ta haltige Dünnschicht, z. B. TaN_x, TaZr_x, TaCr_x, TaHf_x und Cr, die durch Trockenätzen unter Verwendung von von Cl₂ + O₂ ätz bar ist.Examples of preferred materials for the etch stop layer which can be removed by a dry, fluorine-based, which is similar to _y for the phase shift layer of the SiO _x N layer dry etching process used are silicon, MoSi _x, TaSi _x, and the like. If the etchable etch stop layer is applied immediately after the SiO _x N _x layer, a great advantage can be obtained for the process. Further examples of preferred materials for the etching stop layer, which can be etched by an etching process that differs from the etching process used for the phase shift layer of the SiO _x N _y layer, are Ta, which can be etched by dry etching using Cl ₂ , or a Ta-containing thin film, e.g. B. TaN _x , TaZr _x , TaCr _x , TaHf _x and Cr, which can be etched by dry etching using Cl ₂ + O ₂ .

Außerdem kann, wenn die Ätzstoppschicht aus einem Mate rial mit der Funktion zum Stoppen des Fortschreitens des Ätzprozesses der SiO_xN_y-Schicht hergestellt ist und einen ho hen Transmissionsgrad aufweist, die Ätzstoppschicht zwischen dem transparenten Substrat und der halb-lichtdurchlässigen (durchscheinenden) Schicht der Halbton-Phasenverschiebungs maske mit der einlagigen Struktur angeordnet sein. In diesem Fall muß die Ätzstoppschicht an einem auf dem Lichttransmis sionsabschnitt freiliegenden Abschnitt möglicherweise nicht entfernt werden.In addition, if the etching stop layer is made of a material having a function for stopping the progress of the etching process of the SiO _x N _y layer and has a high transmittance, the etching stop layer can be between the transparent substrate and the semi-translucent (translucent) layer the halftone phase shift mask can be arranged with the single-layer structure. In this case, the etch stop layer may not need to be removed at a portion exposed on the light transmission portion.

Wenn der Sauerstoffanteil der SiO_xN_y-Schicht 40 Atom-% überschreitet, oder wenn der Brechungsindexunterschied be züglich des transparenten Substrats 0,5 oder weniger be trägt, vorzugsweise 0,3 oder weniger, ist die Ätzstopp schicht besonders wirksam.If the oxygen content of the SiO _x N _y layer exceeds 40 atomic%, or if the refractive index difference with respect to the transparent substrate is 0.5 or less, preferably 0.3 or less, the etching stop layer is particularly effective.

Außerdem weist die SiO_xN_y-Schicht des Phasenverschie bungsmaskenrohlings mit der halb-lichtdurchlässigen (durch scheinenden) Schicht, die erfindungsgemäß eine zweilagige Struktur aus der SiO_xN_y-Schicht und der Ätzstoppschicht auf weist, vorzugsweise eine Zusammensetzung oder einen Bre chungsindex auf, die/der auf ähnliche Weise ausgewählt wird wie bei der vorstehend erwähnten einlagigen Struktur.In addition, the SiO _x N _y layer of the phase shift mask blank with the semi-translucent (shining) layer, which according to the invention has a two-layer structure of the SiO _x N _y layer and the etching stop layer, preferably has a composition or a refractive index which is selected in a similar manner to that of the single layer structure mentioned above.

Hinsichtlich der erhaltenen Schichteigenschaften (bei spielsweise der physikalischen Eigenschaften, z. B. k, n), der Steuerbarkeit der Schichteigenschaften, der erhaltenen Zusammensetzung, der Steuerbarkeit der Zusammensetzung, und der Möglichkeit der Mengenfertigung wird ein reaktives Sput terverfahren zum Herstellen der erfindungsgemäßen Phasenver schiebungsschicht verwendet. Im reaktiven Sputterverfahren können die Komponenten der auf dem Substrat ausgebildeten Schicht gemäß einer Kombination aus einem Target und einem Sputtergas bestimmt werden. Wenn die Phasenverschiebungs schicht hergestellt wird, wird beispielsweise Silizium oder ein siliziumhaltiges Target als Sputtertarget verwendet. Als Sputtergas kann ein Gas verwendet werden, das durch geeigne tes Mischen verschiedener Stickstoff- und Sauerstoffquellen, z. B. Stickstoff, Sauerstoff, Stickstoffmonoxid, Stickstoff dioxid und Distickstoffmonoxid, und inaktiver Gase, z. B. Ar gon und Xenon, erhalten wird. Außerdem können ein Leistungs zufuhrsystem (ein HF-System, ein DC(Gleichstrom)-System oder ein ähnliches System) der Sputtervorrichtung, eine Sputter ausgangsleistung, ein Gasdruck, das Vorhanden sein/Nichtvorhandensein einer Substratheizung, und ähnliche Faktoren gemäß dem verwendeten Targettyp oder der verwende ten Gasart und der zu erzielenden Schichteigenschaften ge eignet ausgewählt werden.With regard to the layer properties obtained (at for example the physical properties, e.g. B. k, n), the controllability of the layer properties, the obtained Composition, the controllability of the composition, and The possibility of mass production becomes a reactive sput terverfahren for producing the phase ver sliding layer used. In the reactive sputtering process can the components of those formed on the substrate Layer according to a combination of a target and a Sputter gas can be determined. If the phase shift Layer is produced, for example, silicon or a silicon-containing target used as a sputtering target. As Sputter gas can be a gas that can be used by suitable mixing different nitrogen and oxygen sources, e.g. B. nitrogen, oxygen, nitrogen monoxide, nitrogen dioxide and nitrous oxide, and inactive gases, e.g. B. Ar gon and xenon. It can also be a performance supply system (an RF system, a DC (direct current) system or a similar system) of the sputtering device, a sputter output power, a gas pressure, the presence his / her absence of substrate heating, and the like Factors according to the type of target used or the one used gas type and the layer properties to be achieved suitable to be selected.

Examples

Nachstehend werden Beispiele der vorliegenden Erfindung zusammen mit Vergleichsbeispielen und Referenzbeispielen be schrieben. The following are examples of the present invention together with comparative examples and reference examples wrote.

Examples 1-2, Comparative Examples 1-2, Reference Example 1 Single-layer structure: for F ₂

Die Halbton-Phasenverschiebungsschicht wurde durch HF-Sputtern auf einem Quarzsubstrat ausgebildet. Als Target wurde Si oder SiO₂ verwendet. Argon-, Sauerstoff- und Stick stoffgas wurde als Sputtergas verwendet, und die Durchfluß raten von Stickstoff und Sauerstoff wurden variiert, um eine Herstellungsbedingung zu ändern. Die Durchflußraten in den Beispielen, Vergleichsbeispielen und im Referenzbeispiel sind in Tabelle 1 dargestellt. Außerdem wurde die Schichtdi cke so eingestellt, daß die Phasenverschiebung bei der Wel lenlänge (157 nm) des F₂-Excimerlasers 180° betrug.The halftone phase shift layer was formed on a quartz substrate by RF sputtering. Si or SiO _{2 was} used as the target. Argon, oxygen and nitrogen gas was used as the sputtering gas, and the flow rates of nitrogen and oxygen were varied to change a manufacturing condition. The flow rates in the examples, comparative examples and in the reference example are shown in Table 1. In addition, the layer thickness was adjusted so that the phase shift at the shaft length (157 nm) of the F ₂ excimer laser was 180 °.

Die Zusammensetzung der Phasenverschiebungsschicht wur de für die Proben von Tabelle 1 durch eine Röntgen- Photoelektronen-Spektralanalyse (XPS) analysiert. Außerdem wurde ein Spektralphotometer für den ultravioletten bis sichtbaren Bereich verwendet, um den Transmissionsgrad und das Reflexionsvermögen jeder Probe zu messen, und die Wel lenlängendispersion des Realteils n und des Imaginärteils k (Extinktionskoeffizient) des komplexen Brechungsindex wur den von den erhaltenen Werten durch eine Least-Square-Fit- Methode berechnet. Ergebnisse der Zusammensetzungsanalyse und die Werte von n, k und den Transmissionsgrad für die Be lichtungslichtwellenlänge des F₂-Excimerlasers von 157 nm sind in Tabelle 2 dargestellt. Außerdem ist das Transmissi onsspektrum in Fig. 1 dargestellt. The composition of the phase shift layer was analyzed for the samples of Table 1 by an X-ray photoelectron spectral analysis (XPS). In addition, an ultraviolet to visible spectral photometer was used to measure the transmittance and reflectivity of each sample, and the wavelength dispersion of the real part n and the imaginary part k (extinction coefficient) of the complex refractive index were derived from the values obtained by a least- Square fit method calculated. Results of the composition analysis and the values of n, k and the transmittance for the exposure light wavelength of the F ₂ excimer laser of 157 nm are shown in Table 2. The transmission spectrum is also shown in FIG. 1.

Tabelle 1 Table 1

(Für F₂) (For F ₂ )

Tabelle 2 Table 2

(Für F₂) (For F ₂ )

Gemäß Tabelle 2 und Fig. 1 kann bestätigt werden, daß eine Probe mit einem Transmissionsgrad von 2 bis 73% bei ei ner Wellenlänge von 157 nm erhalten wird, indem der Sauer stoffanteil (%) im gesamten Gas während der Schichtherstel lung [ = (Durchflußrate von Sauerstoff/Gesamtdurchflußrate der jeweiligen Gase) × 100] in einem Bereich von 0% bis 2% (0% ausgeschlossen) geändert wird, und daß in den Beispielen 1 und 2 für die Halbton-Phasenverschiebungsmaske ein ausrei chender Transmissionsgrad innerhalb eines Bereichs von 3 bis 40% erhalten wird. Im Vergleichsbeispiel 1 ist, weil der Sauerstoffanteil in der Schicht klein ist, der Transmissi onsgrad kleiner als 3% und der Extinktionskoeffizient groß. Außerdem ist im Vergleichsbeispiel 2 und im Referenzbeispiel 1, weil der Sauerstoffanteil zu groß ist, der Transmissions grad wesentlich größer als 40%. Daher kann gesagt werden, daß es schwierig ist, Masken dieser Beispiele bei einer Wel lenlänge von 157 nm als Halbton-Phasenverschiebungsmasken zu verwenden. Außerdem wurde Sauerstoff in Vergleichsbeispiel 1 auch als Verunreinigung erfaßt.According to Table 2 and Fig. 1, it can be confirmed that a sample with a transmittance of 2 to 73% at a wavelength of 157 nm is obtained by the oxygen fraction (%) in the entire gas during the layer production [= (flow rate of oxygen / total flow rate of the respective gases) × 100] is changed in a range of 0% to 2% (0% excluded), and that in Examples 1 and 2 for the halftone phase shift mask, a sufficient transmittance within a range of 3 up to 40% is obtained. In Comparative Example 1, because the proportion of oxygen in the layer is small, the degree of transmission is less than 3% and the extinction coefficient is large. In addition, in Comparative Example 2 and Reference Example 1, because the oxygen content is too large, the transmittance is significantly greater than 40%. Therefore, it can be said that masks of these examples at a wavelength of 157 nm are difficult to use as halftone phase shift masks. In addition, oxygen was also detected as an impurity in Comparative Example 1.

Jede Probe von Tabelle 2 wurde für eine Stunde in über hydrierter Schwefelsäure (H₂SO₄ + H₂O₂) und überhydriertem Ammoniak (NH₃aq + H₂O₂) eingeweicht oder durchtränkt, wobei durch das Spektralphotometer keine Änderung des Transmissi onsgrads beobachtet wurde. Dadurch ist bestätigt worden, daß die vorbereiteten Proben eine ausreichende chemische Bestän digkeit aufwiesen.Each sample from Table 2 was soaked or soaked in over hydrogenated sulfuric acid (H ₂ SO ₄ + H ₂ O ₂ ) and overhydrogenated ammonia (NH ₃ aq + H ₂ O ₂ ) for one hour, with no change in the degree of transmission by the spectrophotometer was observed. This has confirmed that the prepared samples had sufficient chemical resistance.

Nachdem die einlagige Schicht in den Beispielen 1 und 2 ausgebildet war, wurde eine Resistschicht 2 auf der einlagi gen Schicht 1 ausgebildet (Fig. 4A), und ein Resistmuster 2a wurde durch Belichten des Musters und Bildentwicklung herge stellt (Fig. 4B). Anschließend wurde eine einlagige Schicht unter dem Resistmuster 2a strukturiert und ein Muster 1a ei ner einlagigen Schicht erhalten (Fig. 4C). In diesen Bei spielen wurde, wenn CF₄-Gas zum Ätzen der Schicht verwendet wurde, eine ausreichende Musterform erhalten. Für einen Tro ckenätzprozeß hatte die Selektivität zwischen dem Substrat und der Schicht einen Wert von 5. Schließlich wurde eine Re sistentfernungsflüssigkeit verwendet, um das Resist zu ent fernen, und eine Halbton-Phasenverschiebungsmaske 3 für Be lichtungslicht eines F₂-Excimerlasers wurde durch einen Rei nigungs-/Spülprozeß erhalten (Fig. 4D).After the single layer was formed in Examples 1 and 2, a resist layer 2 was formed on the single layer 1 ( Fig. 4A), and a resist pattern 2 a was made by exposing the pattern and image development ( Fig. 4B). Subsequently, a single layer under the resist pattern 2a was structured and a pattern a 1 ei ner monolayer was obtained (Fig. 4C). In these examples, when CF ₄ gas was used to etch the layer, a sufficient pattern shape was obtained. For a dry etching process, the selectivity between the substrate and the layer was 5. Finally, a resist removing liquid was used to remove the resist, and a halftone phase shift mask 3 for exposure light of an F ₂ excimer laser was passed through a Rei Cleaning / rinsing process obtained ( Fig. 4D).

Example 3, Comparative Examples 3-4, Reference Example 2 Single-layer structure: for ArF

Als Substrat wurde ein Quarzsubstrat verwendet, und die Halbton-Phasenverschiebungsschicht für ArF wurde auf ähnli che Weise hergestellt wie die Halbton-Phasenverschiebungs maske für F₂. Die Gasdurchflußraten für das Beispiel, die Vergleichsbeispiele bzw. das Referenzbeispiel sind in Tabel le 3 dargestellt. Außerdem wurde die Schichtdicke so einge stellt, daß die Phasenverschiebung bei der Wellenlänge des ArF-Excimerlasers (193 nm) 180° betrug.A quartz substrate was used as the substrate, and the halftone phase shift layer for ArF was fabricated in a similar manner to the halftone phase shift mask for F ₂ . The gas flow rates for the example, the comparative examples and the reference example are shown in Table 3. In addition, the layer thickness was adjusted so that the phase shift at the wavelength of the ArF excimer laser (193 nm) was 180 °.

Die Zusammensetzung der Phasenverschiebungsschicht wur de für die Proben von Tabelle 3 durch eine Röntgen- Photoelektronen-Spektralanalyse (XPS) analysiert. Außerdem wurde ein Spektralphotometer für den ultravioletten bis sichtbaren Bereich verwendet, um den Transmissionsgrad und das Reflexionsvermögen jeder Probe zu messen, und die Wel lenlängendispersion des Realteils n und des Imaginärteils k (Extinktionskoeffizient) des komplexen Brechungsindex wur den von den erhaltenen Werten berechnet. Die Ergebnisse der Zusammensetzungsanalyse und die Werte von n, k und des Transmissionsgrads für die Belichtungslichtwellenlänge des ArF-Excimerlasers von 193 nm sind in Tabelle 4 dargestellt. The composition of the phase shift layer was de for the samples of Table 3 by an X-ray Photoelectron spectral analysis (XPS) analyzed. Furthermore was a spectrophotometer for the ultraviolet to used the transmittance and visible range to measure the reflectivity of each sample, and the wel length dispersion of the real part n and the imaginary part k (Extinction coefficient) of the complex refractive index calculated from the values obtained. The results of the Composition analysis and the values of n, k and des Transmittance for the exposure light wavelength of the ArF excimer lasers of 193 nm are shown in Table 4.

Tabelle 3 Table 3

(Für ArF) (For ArF)

Tabelle 4 Table 4

(Für ArF) (For ArF)

Wie in Tabelle 4 dargestellt, liegt der Transmissions grad in Beispiel 3 für die Halbton-Phasenverschiebungsmaske im Bereich von von 3 bis 40% und ist damit ausreichend. Im Vergleichsbeispiel 3 hat, weil der Sauerstoffanteil groß ist, der Transmissionsgrad einen großen Wert. Wenn kein N₂ verwendet wird, wie in Vergleichsbeispiel 4, wird der Sili ziumanteil groß und erreicht etwa 60%. Dadurch ist bestätigt worden, daß kein ausreichender Transmissionsgrad erhalten werden kann, und k hat ebenfalls einen sehr großen Wert. Au ßerdem wird, weil in keiner der Schichten eine Schwankung in der Tiefenrichtung bestätigt wird, die vorbereitete Schicht als homogene Schicht bezeichnet.As shown in Table 4, the transmittance in Example 3 for the halftone phase shift mask is in the range of 3 to 40% and is therefore sufficient. In Comparative Example 3, because the oxygen content is large, the transmittance has a large value. If N ₂ is not used, as in Comparative Example 4, the silicon portion becomes large and reaches about 60%. This has confirmed that a sufficient transmittance cannot be obtained, and k is also very large. In addition, since no variation in the depth direction is confirmed in any of the layers, the prepared layer is called a homogeneous layer.

Nachdem die einlagige Schicht in Beispiel 3 ausgebildet war, wurde eine Resistschicht auf der einlagigen Schicht ausgebildet, und ein Resistmuster wurde durch Musterbelich tung und Bildentwicklung hergestellt. Anschließend wurde die einlagige Schicht unter dem Resistmuster durch Trockenätzen strukturiert. Im Beispiel wurde, wenn C₂F₆-Gas zum Ätzen der Schicht verwendet wurde, eine ausreichende Musterform erhal ten. Die Selektivität zwischen dem Substrat und der Schicht betrug für den Trockenätzprozeß 1,5. Schließlich wurde eine Resistentfernungsflüssigkeit verwendet, um das Resist zu entfernen, und eine Halbton-Phasenverschiebungsmaske für das Belichtungslicht eines ArF-Excimerlasers wurde durch einen Reinigungs-/Spülprozeß erhalten.After the single layer was formed in Example 3, a resist layer was formed on the single layer and a resist pattern was formed by pattern exposure and image development. The single-layer layer was then structured under the resist pattern by dry etching. In the example, when C ₂ F ₆ gas was used to etch the layer, a sufficient pattern shape was obtained. The selectivity between the substrate and the layer was 1.5 for the dry etching process. Finally, a resist removing liquid was used to remove the resist, and a halftone phase shift mask for the exposure light of an ArF excimer laser was obtained through a cleaning / rinsing process.

Examples 4 to 11

Die Beispiele 4 bis 11 sind spezifische Beispiele von Halbton-Phasenverschiebungsmasken für das Belichtungslicht des F₂-Excimerlasers. In jedem der Beispiele wurde ein syn thetisches Quarzsubstrat verwendet, und die Ätzstoppschicht war zwischen dem Substrat und der SiO_xN_y-Schicht angeordnet.Examples 4 through 11 are specific examples of halftone phase shift masks for the exposure light of the F ₂ excimer laser. In each of the examples, a synthetic quartz substrate was used and the etch stop layer was located between the substrate and the SiO _x N _y layer.

Layer application

Zunächst wurden eine Lage A als Ätzstoppschicht und ei ne SiO_xN_y-Lage B nacheinander auf dem synthetischer Quarzsub strat auflaminiert. In den Beispielen wurde das Laminat durch ein Sputterverfahren hergestellt. Die Basiszusammen setzungen der Lagen A, B der zweilagigen Schichtstruktur, Bedingungen, z. B. der Targettyp und die Art des Sputterga ses, und die Schichtdicke jeder Lage für jedes der Beispiele sind in Tabelle 5 dargestellt. Außerdem wird Gleichung (1) verwendet, um die Dicke jeder der Lagen A, B so einzustel len, daß die Summe der Phasenverschiebungen der einzelnen Lagen bei einer Wellenlänge von 157 nm 180° beträgt.First, a position A as an etch stop and ei ne SiO _x N _y layer B were laminated successively on the strat synthetic Quarzsub. In the examples, the laminate was made by a sputtering process. The basic compositions of layers A, B of the two-layer structure, conditions, e.g. B. the target type and the type of sputter gas, and the layer thickness of each layer for each of the examples are shown in Table 5. In addition, equation (1) is used to adjust the thickness of each of the layers A, B so that the sum of the phase shifts of the individual layers at a wavelength of 157 nm is 180 °.

Optical properties

Unter Verwendung eines Vakuum-Ultraviolett-Spektral photometers wurde der Transmissionsgrad der vorbereiteten zweilagigen Schichtstruktur (Laminat) gemessen, und der Transmissionsgrad bei der Wellenlänge des F₂-Excimerlasers von 157 nm ist in Tabelle 6 dargestellt. Auch wenn die Ätz stoppschicht bereitgestellt wurde, wurde ein für die Halb ton-Phasenverschiebungsmaske ausreichender/erforderlicher Transmissionsgrad im Bereich von 3 bis 40% erhalten. Außer dem ist ein Transmissionsspektrum von Beispiel 5 in Fig. 2 dargestellt. Die Prüfwellenlänge der Halbton-Phasenverschie bungsmaske für das Belichtungslicht des F₂-Excimerlasers wurde auf etwa 250 nm eingestellt. Weil der Transmissions grad in diesem Bereich 40% oder weniger beträgt, kann erwar tet werden, daß eine ausreichende Prüfgenauigkeit erhalten wird. Außerdem betrug in den Beispielen 4, 6 bis 10 der Transmissionsgrad bei der Wellenlänge von etwa 250 nm 40% oder weniger.Using a vacuum ultraviolet spectral photometer, the transmittance of the prepared two-layer structure (laminate) was measured, and the transmittance at the wavelength of the F ₂ excimer laser of 157 nm is shown in Table 6. Even when the etching stop layer was provided, a transmittance in the range of 3 to 40% sufficient / required for the halftone phase shift mask was obtained. In addition, a transmission spectrum of Example 5 is shown in FIG. 2. The test wavelength of the halftone phase shift mask for the exposure light of the F ₂ excimer laser was set to about 250 nm. Because the transmittance in this range is 40% or less, it can be expected that sufficient test accuracy is obtained. In addition, in Examples 4, 6 to 10, the transmittance at the wavelength of about 250 nm was 40% or less.

Tabelle 5 Table 5

Tabelle 6 Table 6

processing

In den Beispielen 4 bis 9 wurde das Resist auf die vor bereitete zweilagige Schichtstruktur aufgebracht, und das Resistmuster wurde durch eine Belichtungs-/Entwicklungsver arbeitung ausgebildet. Anschließend wurde die obere Lage B (SiO_xN_y-Schicht) der zweilagigen Schichtstruktur durch ein Trockenätzverfahren unter Verwendung des Resistmusters als Maske geätzt. In den Beispielen wurde CF₄-Gas verwendet, und die Ätzzeit wurde so eingestellt, daß sie um 30% länger war als die Zeit, die zum wesentlichen Ätzen der Schichtdicke der SiO_xN_y-Schicht erforderlich ist. Dadurch wurde die SiO_xN_y-Schicht entlang des Resistmusters strukturiert, und das Fortschreiten des Ätzprozesses wurde auf der Ätzstopp schicht der unteren Lage gestoppt. Die Ätzraten des synthe tischen Quarzsubstrats und der Lagen A und B (SiO_xN_y- Schicht), die für die Beispiele separat experimentell be stimmt wurden, sind in Tabelle 7 dargestellt. Im Vergleich zur Lage B ist die Ätzrate der Lage A auf 1/5 oder weniger reduziert. Es konnte bestätigt werden, daß die Lage A in den Beispielen 4, 5 als Ätzstoppschicht mit der "Funktion zum Stoppen des Fortschreitens des Ätzprozesses der SiO_xN_y-Schicht" dient. In Examples 4 to 9, the resist was applied to the prepared two-layer structure, and the resist pattern was formed by exposure / development processing. Subsequently, the upper layer B (SiO _x N _y layer) of the two-layer structure was etched by a dry etching process using the resist pattern as a mask. In the examples, CF ₄ gas was used and the etching time was set to be 30% longer than the time required to substantially etch the layer thickness of the SiO _x N _y layer. As a result, the SiO _x N _y layer was structured along the resist pattern, and the progress of the etching process was stopped on the etching stop layer of the lower layer. The etch rates of the synthe tables quartz substrate and the layers A and B (SiO _x N _y - layer) separately for the examples were experimentally be true, are shown in Table 7 below. Compared to layer B, the etching rate of layer A is reduced to 1/5 or less. It could be confirmed that the layer A in Examples 4, 5 serves as an etching stop layer with the "function for stopping the progress of the etching process of the SiO _x N _y layer".

Anschließend wurde die auf der Oberfläche freiliegende Lage A durch Ätzen entfernt. Unter Verwendung von überhyd rierter Schwefelsäure in Beispiel 4 und Cl₂-Gas in den Bei spielen 5 bis 9 wurde eine ausreichende Musterform erhalten. Die Ätzraten des synthetischen Quarzsubstrats und der Lage A, die separat experimentell erhalten wurden, sind in Tabel le 8 dargestellt. Im Vergleich zum synthetischen Quarzsub strat ist die Ätzrate der Lage A fünfmal größer. Es kann ferner bestätigt werden, daß die Lage A in den Beispielen 4, 5 eine "entfernbare" Lage ist.Subsequently, the layer A exposed on the surface was removed by etching. A sufficient pattern shape was obtained using overhydrogenated sulfuric acid in Example 4 and Cl ₂ gas in Examples 5 to 9. The etching rates of the synthetic quartz substrate and the layer A, which were obtained separately experimentally, are shown in Table 8. Compared to the synthetic quartz substrate, the etching rate of layer A is five times higher. It can also be confirmed that layer A in Examples 4, 5 is a "removable" layer.

In den Beispielen 10, 11 wurde das Resist auf die vor breitete zweilagige Schichtstruktur aufgebracht, und das Re sistmuster wurde durch einen Belichtungs-/Entwicklungsprozeß ausgebildet. Anschließend wurden die obere Lage B (SiO_xN_y) und die untere Lage A durch das CF₄-Gas unter Verwendung des Resistmusters als Maske selektiv geätzt. In diesem Fall wur de die Beziehung zwischen der Ätzzeit und der Intensität des reflektierten Lichts des geätzten Abschnitts bezüglich eines Lichts mit einer Wellenlänge von 678 nm geplottet, wie in Fig. 3 als Beispiel 10 dargestellt ist. Es wurde bestätigt, daß die Intensität des reflektierten Lichts nach Ablauf ei ner bestimmten Zeit rasch abnahm. Wenn der Ätzprozeß zu die sem Zeitpunkt gestoppt wurde, wurde für beide Lagen A und B eine ausreichende Musterform auf der Basis des Resistmusters erhalten. D. h., es konnte bestätigt werden, daß die Lage A in Beispiel 10 als Ätzstoppschicht dient, die die Funktion zum Ermöglichen der Erfassung des Endpunktes des Ätzprozes ses der SiO_xN_y-Schicht hat und entfernbar ist. Außerdem sind die entsprechenden Brechungsindizes (die Realteile der kom plexen Brechungsindizes) des synthetischer Quarzsubstrats und der Lagen A und B für die Wellenlänge von 678 nm gleich 1,47, 4,70 bzw. 1,67. Wenn der Brechungsindex der Lage B um "1" oder mehr größer ist als die Brechungsindizes des Quarz substrats und der Lage A, ändert sich die Intensität des re flektierten Lichts vor und nach dem Ätzen der Lage B rasch, wie in Fig. 3 dargestellt, so daß der Endpunkt des Ätzpro zesses leicht erfaßt werden kann. Eine ähnliche Änderung der Intensität des reflektierten Lichts wurde auch in Beispiel 1 erhalten. Außerdem wurde für Beispiel 2 die Beziehung zwi schen der Ätzzeit und der Intensität des reflektierten Lichts geplottet, wie in Fig. 3 dargestellt. Der Endpunkt kann zwar auch in Beispiel 2 erfaßt werden, aber der End punkt ist in Beispiel 10 deutlicher.In Examples 10, 11, the resist was applied to the pre-spread two-layer structure, and the resist pattern was formed by an exposure / development process. Then the upper layer B (SiO _x N _y ) and the lower layer A were selectively etched by the CF ₄ gas using the resist pattern as a mask. In this case, the relationship between the etching time and the intensity of the reflected light of the etched portion with respect to a light having a wavelength of 678 nm was plotted, as shown in FIG. 3 as Example 10. The intensity of the reflected light was confirmed to decrease rapidly after a certain time. When the etching process was stopped at this time, a sufficient pattern shape was obtained for both layers A and B based on the resist pattern. That is, it could be confirmed that the layer A in Example 10 serves as the etching stop layer, which has the function of enabling detection of the end point of the etching process of the SiO _x N _y layer and is removable. In addition, the corresponding refractive indices (the real parts of the complex refractive indices) of the synthetic quartz substrate and the layers A and B for the wavelength of 678 nm are 1.47, 4.70 and 1.67, respectively. If the refractive index of the layer B is greater than the refractive indices of the quartz substrate and the layer A by "1" or more, the intensity of the reflected light changes rapidly before and after the etching of the layer B, as shown in FIG. 3, so that the end point of the process can be easily detected. A similar change in the intensity of the reflected light was also obtained in Example 1. In addition, for Example 2, the relationship between the etching time and the intensity of the reflected light was plotted as shown in FIG. 3. The end point can also be recorded in Example 2, but the end point is clearer in Example 10.

Tabelle 7 Table 7

Tabelle 8 Table 8

Wie vorstehend beschrieben, kann erfindungsgemäß eine Phasenverschiebungsmaske oder ein Phasenverschiebungsmasken rohling bereitgestellt werden, in der/dem der gewünschte Transmissionsgrad und die gewünschte Phasenverschiebung für einen Belichtungswellenlängenbereich von 140 nm bis 200 nm, insbesondere in der Nähe von 157 nm als Wellenlänge eines F₂-Excimerlasers, erhalten werden und die/der einen Phasenver schiebungsabschnitt oder eine Phasenverschiebungsschicht aufweist, die eine ausreichende Bestrahlungsbeständigkeit und eine ausreichende chemische Beständigkeit, eine ausrei chende Be-/Verarbeitbarkeit, Formbarkeit und Formstabilität aufweist.As described above, a phase shift mask or a phase shift mask blank can be provided according to the invention, in which the desired transmittance and the desired phase shift for an exposure wavelength range from 140 nm to 200 nm, in particular in the vicinity of 157 nm, as the wavelength of an F ₂ excimer laser , are obtained and which has a phase shift section or a phase shift layer which has a sufficient radiation resistance and a sufficient chemical resistance, a sufficient machinability, formability and dimensional stability.

Außerdem kann, wenn die Phasenverschiebungsschicht als zweilagige Struktur aus einer SiO_xN_y-Schicht und einer Ätz stoppschicht gebildet wird, eine Phasenverschiebungsschicht erhalten werden, die nicht nur eine ausreichende Bestrah lungsbeständigkeit und eine ausreichende chemische Bestän digkeit aufweist, sondern deren Muster auch geeignet ver- und bearbeitbar ist.In addition, if the phase shift layer is formed as a two-layer structure of an SiO _x N _y layer and an etching stop layer, a phase shift layer can be obtained which not only has sufficient radiation resistance and chemical resistance, but also suitably vers its pattern - and is editable.

Claims

1. Halftone phase shift mask blank for use in the manufacture of a halftone phase shift mask having a transmission section for transmitting an exposure light and a phase shift section for transmitting a part of the exposure light and for shifting a phase of the transmitted light by a predetermined value, the at the sections are arranged on a transparent substrate, the halftone phase shift mask having such an optical property that the transmitted light in each case in the vicinity of a boundary section of the transmission section and of the phase shift section mutually extinguishes one another by a suitable contrast of a boundary section to obtain the surface of an exposure pattern to be exposed to be exposed, wherein the mask blank has a phase shift layer for forming the phase shift portion on the transparent Su bstrat;
wherein the phase shift mask is used in an exposure wavelength range of 140 nm to 200 nm;
wherein the phase shift layer consists of a material which has silicon, oxygen and nitrogen as the main elements, the silicon portion being 35 to 45 atomic%, the oxygen portion being 1 to 60 atomic% and the nitrogen portion being 5 to 60 atomic% , and the total proportion of these elements in an overall composition constituting the phase shift layer material is not less than 90 atomic%.

2. Halftone phase shift mask blank for use in the manufacture of a halftone phase shift mask having a transmission section for transmitting an exposure light and a phase shift section for transmitting a part of the exposure light and for shifting a phase of the transmitted light by a predetermined value, the at the sections are arranged on a transparent substrate, the halftone phase shift mask having such an optical property that the transmitted light in each case in the vicinity of a boundary section of the transmission section and of the phase shift section mutually extinguishes one another by a suitable contrast of a boundary section to obtain the surface of an exposure pattern to be exposed to be exposed, wherein the mask blank has a phase shift layer for forming the phase shift portion on the transparent Su bstrat;
wherein the phase shift mask is used as the wavelength of an F ₂ excimer laser in an exposure wavelength range near 157 nm;
wherein the phase shift layer consists of a material which has silicon, oxygen and nitrogen as main elements, the silicon content being 35 to 40 atomic%, the oxygen content 25 to 60 atomic% and the nitrogen content 5 to 35 atomic%, and
wherein the total proportion of these elements in an overall composition constituting the phase shift layer material is not less than 90 atomic%.

3. Halftone phase shift mask blank for use in the manufacture of a halftone phase shift mask having a transmission section for passing an exposure light and a phase shift section for passing a part of the exposure light and shifting a phase of the transmitted light by a predetermined value, the at the sections are arranged on a transparent substrate, the halftone phase shift mask having such an optical property that the transmitted light in each case in the vicinity of a boundary section of the transmission section and of the phase shift section mutually extinguishes one another by a suitable contrast of a boundary section to obtain the surface of an exposure pattern to be exposed to be exposed, wherein the mask blank has a phase shift layer for forming the phase shift portion on the transparent Su bstrat;
wherein the phase shift mask is used in an exposure wavelength range near 193 nm as the wavelength of an ArF excimer laser;
wherein the phase shift layer consists of a material which has silicon, oxygen and nitrogen as main elements, the silicon content being 38 to 45 atomic%, the oxygen content being 1 to 40 atomic% and the nitrogen content being 30 to 60 atomic%, and
wherein the total proportion of these elements in an overall composition constituting the phase shift layer material is not less than 90 atomic%.

4. Halftone phase shift mask blank for use in the manufacture of a halftone phase shift mask having a transmission section for transmitting an exposure light and a phase shift layer section for transmitting a part of the exposure light and for shifting a phase of the transmitted light by a predetermined value, where both Sections are arranged on a transparent substrate, the halftone phase shift mask having such an optical property that the transmitted light in each case in the vicinity of a border section of the transmission section and the phase shift section mutually cancel each other out to provide a suitable contrast of a border section on the Obtaining surface of a material to be exposed exposure pattern to be transferred, wherein the mask blank a phase shift layer to form the phase shift portion on the transparent nth substrate has;
wherein the phase shift mask is used in an exposure wavelength range of 140 nm to 200 nm;
wherein the phase shift layer consists of a material which has silicon, oxygen and nitrogen as the main elements and is specified by a real part n and an imaginary part k of a complex refractive index of the phase shift layer with respect to the exposure light, the real part n and the imaginary part k not are less than 1.7 or not greater than 0.450;
wherein the aforementioned values n, k have the following relationship with respect to an energy transmission degree T of the mask, an energy reflectivity R, a layer thickness d of the phase shifting section of the mask and a refractive index n _{0 of} the mask substrate:
where r, t denote the conjugate complexes of r and t, respectively.

5. Halftone phase shift mask blank for use in the manufacture of a halftone phase shift mask having a transmission section for passing an exposure light and a phase shift section for passing a part of the exposure light and shifting a phase of the transmitted light by a predetermined value, the at the sections are arranged on a transparent substrate, the halftone phase shift mask having such an optical property that the transmitted light in each case in the vicinity of a boundary section of the transmission section and of the phase shift section mutually extinguishes one another by a suitable contrast of a boundary section to obtain the surface of an exposure pattern to be exposed to be exposed, wherein the mask blank has a phase shift layer for forming the phase shift portion on the transparent sub strat;
wherein the phase shift layer consists of a layer which has silicon, oxygen and nitrogen as main elements, and a layer of etching arranged between this layer and the transparent substrate.

6. Mask blank according to claim 5, wherein the etching stop layer serves to adjust the transmittance.

7. The mask blank according to claim 5, wherein the etching stop layer consists of a material provided for this purpose is to be etched by an etchant derived from the Etching agent is different, which ver for etching the layer is used as the main elements silicon, oxygen and has nitrogen.

8. Mask blank according to claim 5, wherein the etching stop layer consists of a material provided for this purpose is to be etched by the same etchant that used for etching the layer, which are the main elements te silicon, oxygen and nitrogen.

9. Mask blank according to claim 5, wherein the phase ver sliding mask in an exposure light wavelength range from 140 nm to 200 nm is used.

10. Mask blank according to claim 5, wherein the location that as Main elements silicon, oxygen and nitrogen ent holds, 30 to 45 atomic% silicon, 1 to 60 atomic% acid substance and 5 to 60 atomic% nitrogen, wherein the total proportion of these elements in one layer overall composition not smaller is as 90 atomic%.

11. A method of manufacturing a halftone phase shift blank according to any one of claims 1 to 10, the method comprising the steps of:
Select sputter gases, e.g. B. an inert gas, an oxygen gas and a nitrogen gas, for sputtering the layer containing silicon, oxygen and nitrogen as the main elements, by a reactive sputtering process; and
Setting the oxygen content in the sputtering gas to a range between 0.2 and 30%.

12. Halftone phase shift mask with a mask pattern ter, which consists of a light transmission section and egg nem phase shift section exists and obtained is by the phase shift layer of the halftone Phase shift mask blank according to one of the types say 1 to 10 a structuring treatment under is pulled to selectively the phase shift layer to remove and thereby create a predetermined pattern hold.

13. Pattern transfer method in which the halftone Phase shift mask according to claim 12 for transmission pattern is used.

14. Halftone phase shift mask blank for use in the manufacture of a halftone phase shift mask having a transmission section for passing an exposure light and a phase shift section for passing a part of the exposure light and shifting a phase of the transmitted light by a predetermined value, the at the sections are arranged on a transparent substrate, the halftone phase shift mask having such an optical property that the transmitted light in each case in the vicinity of a boundary section of the transmission section and of the phase shift section mutually extinguishes one another by a suitable contrast of a boundary section to obtain the surface of an exposure pattern to be exposed to be exposed, wherein the mask blank has a phase shift layer for forming the phase shift portion on the transparent S has substrate;
wherein the phase shift mask consists of a first and a second layer, which are successively applied to the transparent substrate and are intended to be etched continuously by the same etchant;
wherein the second layer is made of a material which is not suitable for detecting an end point of an etching process carried out with respect to the transparent substrate, while the first layer is made of a material which is suitable for determining the end point of the for to detect transparent substrate stratified etching process.

15. Mask blank according to claim 14, wherein a refractive difference between the second layer and the trans parent substrate for one for endpoint acquisition light used is not greater than 0.5 while a Refractive index difference between the first layer and the transparent substrate for that for the endpoints light used is larger than that above mentioned refractive index difference between the second Location and the transparent substrate.

16. The mask blank according to claim 14, wherein the phase shift layer has a structure according to which the first and second layers are successively applied to the transparent substrate;
the first layer mainly serves to set a transmittance, while the second layer mainly serves to set a phase.

17. The mask blank of claim 14, 15 or 16, wherein the first layer is made of a material selected from Si and MSi _x (where M is at least one element selected from Mo, Ta, W, Cr, Zr, Hf) , while the second layer is made of a material having SiO _x , SiO _x N _y or M (where M is at least one element selected from Mo, Ta, W, Cr, Zr, Hf), and by a Ratio M / (Si + M) is specified, which is not greater than 0.1.

18. Halftone phase shift mask with a mask pattern ter, which consists of a light transmission section and egg nem phase shift section exists and obtained is by the phase shift layer of the halftone Phase shift mask blank according to one of the types claims 14 to 17 of a structuring treatment and is trained to select the phase shift layer tiv to remove and thereby a predetermined pattern receive.

19. Pattern transfer method in which a halftone Phase shift mask according to one of claims 14 to 18 is used to transfer the pattern.